(57)【要約】【課題】  燃料電池システムにおいて、改質装置の改質部に燃料ガスを供給する流路に介挿された機器を燃料ガスの大気への漏洩を防止して取り外し可能とする機器の脱着方法及び装置を簡素且つ低コストの構成で提供する。【解決手段】  燃料ガス源に接続され第１開閉弁が介挿された流路は、第１流路及び第２流路に分岐して改質部及び燃焼部に夫々接続され、第１流路には、上流側から順に第１ポンプ及び第２開閉弁が介挿されるとともに、例えばメンテナンスの必要な機器が第２開閉弁より上流側で脱着可能に介挿され、第２流路には第２ポンプが介挿されている。そして、第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、第２ポンプを駆動することにより、機器及び流路内に滞留する燃料ガスを燃焼部に送出して燃焼させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを改質触媒で改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質部と、燃料ガスを燃焼して前記改質部を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼部とを備え、前記改質部で生成された改質ガスを送出する改質装置と、燃料ガス源と、該燃料ガス源に第１開閉弁を介して接続され、該第１開閉弁より下流側で第１流路及び第２流路に分岐して前記改質部及び前記燃焼部に夫々接続される流路と、前記第１流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記改質部に供給する第１ポンプと、前記第１流路に該第１ポンプと前記改質部との間で介挿された第２開閉弁と、該第２開閉弁より上流側で前記第１流路に脱着可能に介挿された機器と、前記第２流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記燃焼部に供給する第２ポンプと、前記改質装置から前記改質ガスが導入されて発電し、アノードオフガスを前記燃焼部に送出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記機器を前記第１流路から取り外す前に、前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記第２ポンプを駆動して前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させることを特徴とする燃料電池システムにおける機器の脱着方法。
【請求項２】
燃料ガス及び水蒸気を改質触媒で改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質部と、燃料ガスを燃焼して前記改質部を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼部をと備え、前記改質部で生成された改質ガスを送出する改質装置と、燃料ガス源と、該燃料ガス源に第１開閉弁を介して接続され、該第１開閉弁より下流側で第１流路及び第２流路に分岐して前記改質部及び前記燃焼部に夫々接続される流路と、前記第１流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記改質部に供給する第１ポンプと、前記第１流路に該第１ポンプと前記改質部との間で介挿された第２開閉弁と、該第２開閉弁より上流側で前記第１流路に脱着可能に介挿された機器と、前記第２流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記燃焼部に供給する第２ポンプと、前記改質装置から前記改質ガスが導入されて発電し、アノードオフガスを前記燃焼部に送出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記機器を前記第１流路から取り外す前に、前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記第２ポンプを駆動して前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させる掃気装置を有することを特徴とする燃料電池システムにおける機器の脱着装置。
【請求項３】
請求項２において、前記掃気装置は、前記機器が前記第１ポンプより上流側で前記第１流路に介挿される構成と、交換モードにおいて前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させるために、前記第２ポンプを所定時間駆動する制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムにおける機器の脱着装置。
【請求項４】
請求項２において、前記掃気装置は、前記第１ポンプが前記機器より上流側で前記第１流路に介挿される構成と、前記第１流路に接続され前記第１ポンプをバイパスする第３流路と、該第３流路に設けられた第３開閉弁と、交換モードにおいて前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させるために、前記第３開閉弁を開状態とし、前記第２ポンプを所定時間駆動する制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムにおける機器の脱着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおいて、改質部に燃料ガスを供給する流路に介挿された機器を、燃料ガスを大気に漏洩させないで流路から取り外し可能とする機器の脱着方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、その図１に示されるように、原料油用タンク１、原料油供給ポンプ６、原料油予熱器２、脱硫器３及び気化器４を備えた燃料電池用脱硫装置が開示されている。この脱硫器３は、脱硫剤が性能低下した場合に、脱硫剤或いは脱硫器３の交換が容易なように着脱自在なカートリッジ式が好ましいとされ、脱硫器３の入口側及び出口側の配管には、それぞれ２個のバルブ８，８'及び９，９'が設置され、２個のバルブ８，８'間及び２個のバルブ９，９'間に、それぞれ取付け部１０及び１１が設けられている。脱硫器３の取外し時には、各バルブが閉止され、脱硫器３は取付け部１０，１１で配管から切り離される。脱硫器３の取付け時には、この逆の操作が行われる。
【特許文献１】特開２００１−２７９２５６号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載された燃料電池用脱硫装置では、配管から脱硫器３を取り外すときに、脱硫器３及び主要配管から原料油が外部に漏出することは防止できるが、２個のバルブ８，８'及び９，９'間の配管内に滞留した原料油が外部に漏出する。さらに、バルブを４個追加する必要がありコスト高となる。
【０００４】
本発明は、燃料電池システムにおいて、改質装置の改質部に燃料ガスを供給する流路に介挿された機器を燃料ガスの大気への漏洩を防止して取り外し可能とする機器の脱着方法及び装置を簡素且つ低コストの構成で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料ガスを改質触媒で改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質部と、燃料ガスを燃焼して前記改質部を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼部とを備え、前記改質部で生成された改質ガスを送出する改質装置と、燃料ガス源と、該燃料ガス源に第１開閉弁を介して接続され、該第１開閉弁より下流側で第１流路及び第２流路に分岐して前記改質部及び前記燃焼部に夫々接続される流路と、前記第１流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記改質部に供給する第１ポンプと、前記第１流路に該第１ポンプと前記改質部との間で介挿された第２開閉弁と、該第２開閉弁より上流側で前記第１流路に脱着可能に介挿された機器と、前記第２流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記燃焼部に供給する第２ポンプと、前記改質装置から前記改質ガスが導入されて発電し、アノードオフガスを前記燃焼部に送出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記機器を前記第１流路から取り外す前に、前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記第２ポンプを駆動して前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させることである。
【０００６】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、燃料ガス及び水蒸気を改質触媒で改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質部と、燃料ガスを燃焼して前記改質部を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼部をと備え、前記改質部で生成された改質ガスを送出する改質装置と、燃料ガス源と、該燃料ガス源に第１開閉弁を介して接続され、該第１開閉弁より下流側で第１流路及び第２流路に分岐して前記改質部及び前記燃焼部に夫々接続される流路と、前記第１流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記改質部に供給する第１ポンプと、前記第１流路に該第１ポンプと前記改質部との間で介挿された第２開閉弁と、該第２開閉弁より上流側で前記第１流路に脱着可能に介挿された機器と、前記第２流路に介挿され燃料ガスを前記燃料ガス源から前記燃焼部に供給する第２ポンプと、前記改質装置から前記改質ガスが導入されて発電し、アノードオフガスを前記燃焼部に送出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記機器を前記第１流路から取り外す前に、前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記第２ポンプを駆動して前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させる掃気装置を有することである。
【０００７】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記掃気装置は、前記機器が前記第１ポンプより上流側で前記第１流路に介挿される構成と、交換モードにおいて前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させるために、前記第２ポンプを所定時間駆動する制御手段と、を備えることである。
【０００８】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記掃気装置は、前記第１ポンプが前記機器より上流側で前記第１流路に介挿される構成と、前記第１流路に接続され前記第１ポンプをバイパスする第３流路と、該第３流路に設けられた第３開閉弁と、交換モードにおいて前記第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、前記機器及び前記流路内に滞留する燃料ガスを前記燃焼部に送出して燃焼させるために、前記第３開閉弁を開状態とし、前記第２ポンプを所定時間駆動する制御手段と、を備えることである。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料ガス源に接続され第１開閉弁が介挿された流路は、第１流路及び第２流路に分岐して改質部及び燃焼部に夫々接続され、第１流路には、上流側から順に第１ポンプ及び第２開閉弁が介挿されるとともに、例えばメンテナンスの必要な機器が第２開閉弁より上流側で脱着可能に介挿され、第２流路には第２ポンプが介挿されている。そして、第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、第２ポンプを駆動することにより、機器及び流路内に滞留する燃料ガスを燃焼部に送出して燃焼させるので、改質部に燃料ガスを供給する第１流路から機器を、該機器及び流路内に滞留する燃料ガスを大気に漏洩させることなく取り外すことができる。さらに、従来から設けられている第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、第２ポンプを駆動するだけでよいので、燃料ガスを大気に漏洩させることなく機器を取り外し可能な低コストの方法を提供することができる。
【００１０】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、燃料ガス源に接続され第１開閉弁が介挿された流路は、第１流路及び第２流路に分岐して改質部及び燃焼部に夫々接続され、第１流路には、上流側から順に第１ポンプ及び第２開閉弁が介挿されるとともに、機器が第２開閉弁より上流側で脱着可能に介挿され、第２流路には第２ポンプが介挿されている。そして、掃気装置は、第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、第２ポンプを駆動して、機器及び流路内に滞留する燃料ガスを燃焼部に送出して燃焼させるので、改質部に燃料ガスを供給する第１流路から機器を、該機器及び流路内に滞留する燃料ガスを大気に漏洩させることなく取り外すことができる。さらに、掃気装置は、従来から設けられている第１及び第２開閉弁が閉状態であるとき、第２ポンプを駆動させるだけであるので、燃料ガスを大気に漏洩させることなく機器を取り外し可能な低コストの装置を提供することができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、機器が第１ポンプより上流側で第１流路に介挿されており、交換モードにおいて、燃料ガス源及び改質部が第１及び第２開閉弁で閉鎖されているとき、第２ポンプを所定時間駆動して機器及び流路内に滞留する燃料ガスを燃焼部に送出して燃焼させるので、燃料ガスを大気に漏洩させることなく、機器を第１流路から取り外すことができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、第１ポンプが機器より上流側で第１流路に介挿されており、第３開閉弁が第１ポンプと並列に設けられ、交換モードにおいて、燃料ガス源及び改質部が第１及び第２開閉弁で閉鎖されているとき、第３開閉弁を開状態として第２ポンプを所定時間駆動し、機器及び流路内に滞留する燃料ガスを燃焼部に送出して燃焼させるので、燃料ガスを大気に漏洩させることなく、機器を第１流路から取り外すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る燃料電池システムにおける機器の脱着方法及び装置の第１の実施形態について説明する。燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１１、および燃料電池１１に必要な水素に富んだ改質ガスを生成して供給する改質装置１２を備えている。燃料電池１１のアノード電極には、改質装置１２から改質ガスが供給され、燃料電池１１のカソード電極には、外部からのエアが酸化剤ガスとしてエアポンプ２９によって供給され、燃料電池１１において改質ガス中の水素とカソードエア中の酸素とが反応して発電するようになっている。
【００１４】
改質装置１２は、天然ガス、ＬＰＧなどの炭化水素系の改質用燃料ガス及び水蒸気が供給されて改質ガスを生成する改質部１３、水ポンプ１５により供給された純水を蒸発させて改質部１３に供給する水蒸気を生成する蒸発器１６、第２ポンプ２７により供給された燃焼用燃料ガスと燃焼エアポンプ３０により供給された燃焼エアを混合して燃焼させ、改質部１３および蒸発器１６を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼部１４等から構成されている。燃料電池１１のアノード電極に導入された改質ガスは、カソード電極に導入されたカソードエア中の酸素と反応して発電し水になるが、余剰の改質ガスであるアノードオフガスは燃料電池１１から燃焼部１４に送られて燃焼される。
【００１５】
改質部１３及び燃焼部１４には、燃料ガス源１７（例えば都市ガス管）から燃料ガスが夫々供給される。即ち、燃料ガス源１７には、流路１８が第１開閉弁１９を介して接続され、流路１８は第１開閉弁１９より下流側で第１流路２０及び第２流路２１に分岐し、第１流路２０は改質部１３に、第２流路２１は燃焼部１４に接続されている。
【００１６】
第１流路２０には、該第１流路２０に脱着可能に介挿された機器である脱硫器２２、改質部１３に燃料ガスを燃料ガス源１７から供給する第１ポンプ２３、この第１ポンプ２３から改質部１３方向への流れを許容するチェック弁２４及び第２開閉弁２５が上流側から順に介挿されている。即ち、第１流路２０には第２開閉弁２５が第１ポンプ２２と改質部１３との間で介挿され、脱硫器２２がその入口側及び出口側でジョイントＪ１，Ｊ２により第１流路２０に第２開閉弁２５より上流側で脱着可能に接続されている。さらに第１流路２０には、蒸発器１６に接続された水蒸気路２６が第２開閉弁２５と改質部１３との間で接続されている。第２流路２１には、燃料ガス源１７から燃焼部１４に燃料ガスを供給する第２ポンプ２７が介挿されている。第１及び第２開閉弁１９，２５の開閉動作、水ポンプ１５、第１及び第２ポンプ２３，２７及び燃焼エアポンプ３０等の駆動は制御装置２８によって制御される。
【００１７】
脱硫器２２は、所定時間使用すると脱硫剤が性能低下するので所定時間使用する毎に定期的に、脱硫剤を交換する等のメンテナンスが必要である。本実施の形態では、脱硫器２２の定期的なメンテナンスが容易なように、掃気装置３１が設けられている。第１の実施形態において、掃気装置３１は、脱硫器２２が第１ポンプ２３より上流側で第１流路２０に介挿される構成と、脱硫器２２を第１流路２０に脱着する交換モードにおいて第１及び第２開閉弁１９，２５が閉状態であることを条件に、燃焼エアポンプ３０を駆動させて燃焼部１４に燃焼エアを供給しながら第２ポンプ２７を設定時間駆動する制御手段２８ａを備えている。
【００１８】
次に、上記第１の実施形態の作動について説明する。燃料電池システムの発電運転中は、制御装置２８は、第１及び第２開閉弁１９，２５を開状態とし、第１ポンプ２３を駆動して燃料ガス源１７から燃料ガスを改質部１３に改質用燃料ガスとして供給し、必要に応じて第２ポンプ２７を駆動して燃料ガスを燃焼部１４に燃焼ガスとして供給する。この燃焼ガスは、燃料電池１１から還流されたオフガス及び燃焼エアポンプ３０により供給される燃焼エアとともに燃焼部１４に供給されて燃焼される。この燃焼により生成された燃焼ガスが改質部１３の触媒を加熱するとともに、蒸発器１６で水蒸気を生成する。
【００１９】
燃料ガス源１７から第１ポンプ２３により流量制御して送出される燃料ガスは、脱硫器２２によって脱硫され、チェック弁２４及び第２開閉弁２５を通過した後に蒸発器１６からの水蒸気が混入されて改質部１３に導入される。改質用燃料ガス及び水蒸気は、熱交換部で予加熱されて改質部１３に供給され、燃焼ガスによって加熱された触媒により水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応して改質ガスが生成される。改質部１３から導出された改質ガスは、図略のＣＯシフト部、ＣＯ選択酸化部により一酸化炭素ガスの濃度を低減され、燃料電池１１のアノード電極に導入される。燃料電池１１のカソード電極には、外部からエアが酸化剤ガスとしてエアポンプ２９によって供給され、燃料電池１１において改質ガス中の水素とカソードエア中の酸素とが反応して発電する。
【００２０】
脱硫器２２の劣化した脱硫剤を交換するためにユーザが運転停止釦を押すと、制御装置２８は、第１、第２ポンプ２３，２７及び水ポンプ１５等を停止し、第１及び第２開閉弁１９，２５を閉状態として燃料電池システムの運転を停止する。運転停止後に、ユーザが交換モードを選択すると、制御手段２８ａは、第１及び第２開閉弁１９，２５が閉状態であることを条件に、燃焼エアポンプ３０を駆動して燃焼部１４に燃焼エアを供給しながら第２ポンプ２７を設定時間駆動し、脱硫器２２、流路１８等に滞留する燃料ガスを燃焼部１４に送出して燃焼させ、所定時間経過後に第２ポンプ２７が停止される。第２ポンプ２７の駆動によって燃料ガスが送出されると、脱硫器２２及び流路１８等は減圧状態になるが、第２ポンプ２７を停止すると、大気に開口する燃焼部１４に連通している第２ポンプを介してリークする。これにより、脱硫器２２及び流路１８等の減圧状態が低減又は解消されると、脱硫器２２が第１流路２０から各ジョイントＪＩ，Ｊ２で切り離して取り外される。その後、新しい脱硫剤を充填された脱硫器２２が第１流路２０に各ジョイントＪＩ，Ｊ２で接続して取り付けられる。なお、第２ポンプ２７がリークするものでない場合には、脱硫器２２を取り外すことができる程度の減圧状態で第２ポンプ２７の駆動を停止させるか、或いは図示しないリーク弁を第２ポンプ２７と並列に設けるとよい。
【００２１】
このように、掃気装置３１は、脱硫器２２を第１流路２０から取り外す前に、第１及び第２開閉弁１９，２５が閉状態であるとき、第２ポンプ２７を駆動して脱硫器２２及び流路１８内に滞留する燃料ガスを燃焼部１４に送出して燃焼させるので、脱硫器２２を、脱硫器２２及び流路１８内に滞留する燃料ガスを大気に漏洩させることなく取り外すことができる。さらに、掃気装置３１は、従来から設けられている第１及び第２開閉弁１９，２５を閉状態とし、第２ポンプ２７を駆動させるだけの低コストの構成でもって、燃料ガスを大気に漏洩させることなく脱硫器２２を第１流路２０から容易に取り外すことができる。
【００２２】
次に、本発明に係る第２の実施形態を図２に基づいて説明する。第２の実施形態は、掃気装置のみが第１の実施形態と異なるので、掃気装置について説明し、他の部分については説明を省略する。
【００２３】
第１流路２０には、改質部１３に燃料ガスを燃料ガス源１７から供給する第１ポンプ２３、脱着可能に介挿された機器である脱硫器２２、この脱硫器２２から改質部１３方向への流れを許容するチェック弁２４及び第２開閉弁２５が上流側から順に介挿されている。さらに流路１８と第１流路２０との間には、第１ポンプ２３をバイパスする第３流路３３が接続され、該第３流路３３に第３開閉弁３２が接続されている。第２流路２１には、燃料ガス源１７から燃焼部１４に燃料ガスを供給する第２ポンプ２７が介挿されている。第１乃至第３開閉弁１９，２５，３２の開閉動作、水ポンプ１５、第１、第２ポンプ２３，２６及び燃焼エアポンプ３０等の駆動は制御装置２８によって制御される。
【００２４】
第２の実施形態において、掃気装置３１は、第１ポンプ２３が脱硫器２２より上流側で第１流路２０に介挿される構成と、流路１８に第１ポンプ２３と並列に接続された第３開閉弁３２と、交換モードにおいて第１及び第２開閉弁１９，２５が閉状態であるとき、第３開閉弁３２を開状態とし、燃焼エアポンプ３０により燃焼部１４に燃焼エアを供給しながら第２ポンプ２７を設定時間駆動する制御手段２８ｂを備えている。
【００２５】
ユーザが交換モードを選択すると、制御手段２８ａは、第１及び第２開閉弁１９，２５が閉状態であることを条件に、第３開閉弁３２を開状態とし、燃焼部１４に燃焼エアを供給しながら第２ポンプ２７を設定時間駆動し、脱硫器２２及び流路１８内に滞留する燃料ガスを燃焼部１４に送出して燃焼させる。設定時間経過後に第２ポンプ２７が停止されると、脱硫器２２が第１流路２０から取り外される。その後、新しい脱硫剤を充填された脱硫器２２が第１流路２０に各ジョイントＪＩ，Ｊ２で接続して取り付けられる。
【００２６】
制御装置２８が、脱硫器２２の寿命を予測し、脱硫器２２の交換時期であると判断した場合に、燃料電池システムの運転停止後に脱硫器２２の掃気処理を図示しない報知手段で報知するか、或いは掃気装置３１を自動的に起動するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池システムにおける機器の脱着装置を示す図。
【図２】第２の実施形態に係る燃料電池システムにおける機器の脱着装置を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１１…燃料電池、１２…改質装置、１３…改質部、１４…燃焼部、１５…水ポンプ、１６…蒸発器、１７…燃料ガス源、１８…流路、１９…第１開閉弁、２０…第１流路、２１…第２流路、２２…脱硫器（第１流路に脱着可能に介挿された機器）、２３…第１ポンプ、２５…第２開閉弁、２６…水蒸気路、２７…第２ポンプ、２８…制御装置、２８ａ…制御手段、Ｊ１，Ｊ２…ジョイント、３１…掃気装置、３２…第３開閉弁、３３…第３流路。
【図１】
2007265857.tif 000003
【図２】
2007265857.tif 000004